Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения



Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения
Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения

 


Владельцы патента RU 2529178:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") (RU)

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Кu=0,5 и нулевой точкой преобразователя) может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в трех стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках вторичной обмотки. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехфазным трехстержневым автотрансформатором. 2 ил.

 

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Ku=0,5 и нулевой точкой преобразователя) может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока в трехфазной сети.

Из уровня техники известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в многофазное, использующие схему «зигзаг», в которых трансформатор снабжен дополнительной группой вторичных обмоток. Группы вторичных обмоток соединены с разноименными фазами дополнительных вторичных обмоток (В. Казаков. Источники питания. Многофазные силовые трансформаторы-преобразователи и выпрямители. Силовая электроника, №4, 2006 г., стр.7-15).

Недостатком таких устройств является большое число вторичных обмоток, что значительно усложняет конструкцию преобразователя, технологию его изготовления, приводит к перерасходу материалов и увеличению его стоимости.

Наиболее близким решением из уровня техники является преобразователь числа фаз, используемый для получения многофазного напряжения, состоящий из трех однофазных трансформаторов, содержащих каждый по одной первичной обмотке, и требующий несколько групп вторичных обмоток. Известный преобразователь требует для своей реализации трехфазную сеть, три однофазных трансформатора с тремя первичными обмотками, подключенными к трехфазной сети, и тринадцать вторичных обмоток, создающих двенадцать выходов двенадцатифазной системы напряжений (Ворфоломеев Г.Н. и др. Обзор схемных решений преобразователей числа фаз на трансформаторах. Совершенствование технических средств электрического транспорта. Сборник научных трудов. Выпуск 2. Новосибирск, 2001 г., стр.78-96).

Недостатком известного из уровня техники устройства является тот факт, что групповой трехфазный трансформатор уступает трехфазному трехстержневому автотрансформатору по своим весогабаритным показателям, а также преобразователь имеет большое число вторичных обмоток с различными параметрами, что значительно усложняет конструкцию преобразователя, технологию его изготовления и приводит к перерасходу материалов, потере мощности и увеличению стоимости преобразователя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание такой архитектуры преобразователя, которая позволяет сократить расход активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехфазным трехстержневым автотрансформатором, что в итоге позволяет улучшить весогабаритные показатели преобразователя, упростить конструкцию преобразователя, технологию его изготовления, уменьшить потери в нем и его стоимость.

Поставленная техническая задача решается за счет двенадцатипульсного повышающего автотрансформаторного преобразователя напряжения, представляющего собой трехфазный автотрансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки, каждая из которых одним своим зажимом подключена к одному из линейных проводов сети, а другим зажимом - к соответствующему узлу «шестиугольника» катушек вторичных обмоток, и шести катушек вторичной обмотки, связанных между собой узлами, с двенадцатью выходами симметричного двенадцатифазного напряжения, к которым подключены своими анодами вентили, при этом катушки вторичной обмотки выполнены каждая с двумя отпайками от витков, к которым подключены вентили, соединены вместе друг с другом узлами в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между узлами образуют симметричную шестифазную систему напряжений, отпайки, делящие число витков каждой катушки вторичной обмотки в отношении 0,268:0,464:0,268, представляют собой выходы симметричной двенадцатифазной системы напряжений преобразователя, а вентили, подключенные к выходам двенадцатифазной системы напряжений, создают двенадцатипульсное напряжение преобразователя при схеме преобразования с нулевой точкой, в качестве которой используется ноль сети.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 представлена схема двенадцатипульсного повышающего автотрансформаторного преобразователя напряжения с коэффициентом трансформации автотрансформатора, лежащем в пределах 0,5<Ku<1;

- на фиг.2 - векторная диаграмма потенциалов на вторичных обмотках преобразователя и на отпайках (выходах) вторичных обмоток.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения состоит из трехфазного автотрансформатора, имеющего линейные провода 1, 2, 3 сети, нулевой провод 0 сети, три катушки 1B, 2D и 3F первичной обмотки автотрансформатора, которые одним своим зажимом соединены с линейными проводами 1,2,3 сети, а другими зажимами соединены соответственно с вершинами B, D, F «шестиугольника» катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток. Шесть соединенных между собой катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки имеют отпайки (выходы) a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m, n от витков. При этом начало катушки 4 соединено с началом катушки 8, образуя узел A, конец катушки 8 соединен с концом катушки 6, образуя узел B, начало катушки 6 соединено с началом катушки 5, образуя узел C, конец катушки 5 соединен с концом катушки 9, образуя узел D, начало катушки 9 соединено с началом катушки 7, образуя узел E, конец катушки 7 соединен с концом катушки 4, образуя узел F и замыкая контур катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток, образующих «шестиугольник» ABCDEF. Каждая катушка 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки автотрансформатора является стороной «шестиугольника» ABCDEF, преобразующего симметричную трехфазную систему напряжений сети при подключении к ней преобразователя в симметричную шестифазную систему напряжений. Фазовый угол симметричной двенадцатифазной системы напряжений может быть определен из выражения 360°:12=30°.

Определим теперь положение отпаек a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m, n от витков катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток на примере катушки 5. Для этого воспользуемся векторной диаграммой (фиг.2), где 0a, 0b, 0c, 0d, 0e, 0f, 0g, 0k, 01, 0m, 0n - потенциалы на выходах a,b,c,d,e,f,g,h,k,l,m,n фаз двенадцатифазной системы напряжений преобразователя, Uс1 - фазное напряжение первой фазы сети, 01 - вектор напряжения первой фазы сети, Uс2 - фазное напряжение второй фазы сети, 02 - вектор напряжения второй фазы сети, Uс3 - фазное напряжение третьей фазы сети, 03 - вектор напряжения третьей фазы сети. Число витков катушки 5 пропорционально длине вектора напряжения на катушке 5.

Отпайки с и d от витков катушки 5 делят ее число витков в отношении, определяемом отношением отрезков (C-e), (e-f) и (f-D). Отрезок (C-e)=(f-D)=U6Sin30°-U12Sin15°. Выражая U12 через U6 после преобразований, получаем: (C-e)=0,5U6(1-Ctg30°Tg15°) и следующее отношение чисел витков, от которых выполняются отпайки c и d: 0,5(1-Ctg30°Tg15°):(Ctg30°Tg15°):0,5(1-Ctg30°Tg15°)=0,268:0,464:0,268, где: U6 - величина фазного напряжения шестифазной системы напряжений преобразователя, U12 - величина фазного напряжения двенадцатифазной системы напряжений преобразователя.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения работает следующим образом.

При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в трех стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода или в градусном измерении на 120°. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью (со сдвигом на 180°).

Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки. Проведенный анализ показал, что на витках катушек 4, 5, 6, 7, 8, 9 вторичной обмотки, образующих «шестиугольник», можно найти двенадцать точек, потенциалы которых равны по величине, но отличаются по фазе на одну двенадцатую часть периода (что в градусном измерении равно 360°:12=30°), и получить двенадцатифазную симметричную систему напряжений. Подключив к выходам a, b, c, d, e, f, g, h, k, l, m, n двенадцатифазной системы переменных напряжений вентили 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, можно получить двенадцатипульсное выпрямленное напряжение. Величина напряжения двенадцатифазной системы напряжений - U12, создающейся на отпайках a,b,c,d,e,f,g,h,k,l,m,n, определяется величиной заданного среднего выпрямленного напряжения - U0, зависит от величины напряжения шестифазной системы напряжений - U6 и связана с ним соотношением: U12Cos15°=U6Cos30°, что следует из рассмотрения прямоугольных треугольников (0-C-22) и (0-e-22):(0-22)=U6Cos30°=U12Cos15°, где 15°=30°:2.

В свою очередь, величина напряжения U6 определяется коэффициентом трансформации Кu автотрансформатора.

Среднее значение тока, протекающего через каждый вентиль, будет равно одной двенадцатой части выпрямленного тока нагрузки, т.к. каждый вентиль работает одну двенадцатую часть периода, а потери напряжения в преобразователе будут равны потере напряжения в одном вентиле, так как каждое мгновение работает лишь один вентиль.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, позволяет сократить расход активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехфазным трехстержневым автотрансформатором, уменьшить габариты вентиля преобразователя, так как его габариты и стоимость зависят от среднего значения тока вентиля, что в итоге позволяет улучшить весогабаритные показатели преобразователя, упростить конструкцию преобразователя, технологию его изготовления и уменьшить его стоимость.

Анализ заявленного технического решения на соответствие требованиям условий патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном, соединены отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования при создании регулируемых электроприводов постоянного тока;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения, представляющий собой трехфазный автотрансформатор, состоящий из трех катушек первичной обмотки, каждая из которых одним своим зажимом подключена к одному из линейных проводов сети, а другим зажимом - к соответствующему узлу «шестиугольника» катушек вторичных обмоток, и шести катушек вторичной обмотки, связанных между собой узлами, с двенадцатью выходами симметричного двенадцатифазного напряжения, к которым подключены своими анодами вентили, при этом катушки вторичной обмотки выполнены каждая с двумя отпайками от витков, к которым подключены вентили, соединены вместе друг с другом узлами в один контур в виде «шестиугольника» таким образом, что напряжения между узлами образуют симметричную шестифазную систему напряжений, отпайки, делящие число витков каждой катушки вторичной обмотки в отношении 0,268:0,464:0,268, представляют собой выходы симметричной двенадцатифазной системы напряжений преобразователя, а вентили, подключенные к выходам двенадцатифазной системы напряжений, создают двенадцатипульсное напряжение преобразователя при схеме преобразования с нулевой точкой, в качестве которой используется ноль сети.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к многопульсным выпрямительным устройствам (ВУ) и автотрансформаторам различного назначения. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих повышенных требований к пульсации выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока.

Изобретение относится к устройству для выработки постоянного напряжения из переменного напряжения с параллельно включенными диодными мостами, преимущественно, для энергопитания железных дорог.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока с повышенными требованиями к качеству выпрямленного напряжения.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием, а также в специализированных силовых преобразователях, например, для зарядных и сварочных агрегатов.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрического транспорта.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, преимущественно с низковольтным питанием.

Двенадцатипульсный повышающий автотрансформаторный преобразователь напряжения (с коэффициентом трансформации напряжений Ku=1 и нулевой точкой преобразователя) относится к преобразовательной технике и может быть использован при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного автотрансформатора к трехфазной сети в стержнях магнитной цепи автотрансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехстержневым автотрансформатором. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании преобразователей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока. Двенадцатипульсный трансформаторный преобразователь напряжения работает следующим образом. При подключении трехфазного трансформатора к трехфазной сети в стержнях магнитной цепи трансформатора возникают три магнитных потока, сдвинутых по фазе друг относительно друга на третью часть периода. Выполнение вторичной обмотки для каждой фазы в виде двух катушек на стержне каждой фазы позволяет получить два вторичных напряжения с противоположной полярностью. Таким образом, при трех напряжениях сети, сдвинутых по фазе на 120°, получаются шесть вторичных напряжений, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 60°. При соединении шести катушек вторичных обмоток так, как описано выше, получается шестифазный «шестиугольник» ABCDEF с симметричной шестифазной системой напряжений на катушках вторичной обмотки. Технический результат - сокращение расхода активных материалов при замене трехфазного группового трансформатора трехстержневым трансформатором. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Технический результат заключается в защите устройства от перегрузки, его малых габаритах и весе, его высокой надежности и удобстве эксплуатации. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного напряжения, инвертор, датчики выходного тока и напряжения, нагрузку, блок контактора с контактами между источником постоянного напряжения и инвертором, дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета. 1 ил.

Изобретение относится к преобразователю-выпрямителю, выполненному по мостовой схеме Греца, в котором, по меньшей мере, одно плечо выпрямителя, расположенное между отдельным AC-выводом и отдельным DC-выводом, включает в себя ряд однонаправленных электронных компонентов (5), соединенных параллельно, и присоединяемых с помощью набора токопроводящих компонентов с одной стороны к DC-выводу и с другой стороны - к AC-выводу. Изобретение характеризуется тем, что набор компонентов, по меньшей мере, для одного плеча выпрямителя включает в себя множество отдельных сборных шин (9A, 9B) для компонентов, каждая из которых имеет, по меньшей мере, один конец, соединенный с DC-выводом, при этом однонаправленные компоненты (5) разделены между сборными шинами (9A, 9B) для компонентов с образованием стольких наборов компонентов (71, 72), соединенных параллельно, сколько имеется сборных шин (9A, 9B) для компонентов. Технический результат - возможность соединения в параллель большего числа компонентов без превышения максимально допустимого значения дисбаланса.11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - снижение помех и потерь энергии, повышение надежности. К сети 1 подключено 2mn преобразовательных блоков 2. В каждой ветви преобразовательные мосты связаны с сетью через трансформатор с электрическим сдвигом входных напряжений на 60/n (n>1) электроградусов, где n - число мостов полуцепи (n>1). Полуцепи разбиты по парам, в каждой паре содержатся ветви разных полюсов и трансформаторы одной полуцепи обеспечивают сдвиг напряжений на угол 30/n электроградусов относительно напряжений трансформаторов второй полуцепи, средняя точка полуцепей присоединена через выносную линию к контуру заземления. Трансформаторы всякой последующей ветви обеспечивают сдвиг напряжений на угол 30/mn электроградусов относительно напряжений трансформаторов предыдущей ветви. Блоки содержат выключатели 3, трансформаторы 4, преобразовательные мосты 5. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике. Технический результат - снижение помех и потерь энергии, повышение надежности. К сети 1 подключено m преобразовательных блоков 2. Блоки содержит выключатели 3, трансформаторы 4, преобразовательные мосты 5. Число мостов в каждом блоке n. Блоки 2 через реакторы 6 соединены с проводом 7 линии. Второй вывод блоков 2 через провода 8 заземляющей линии соединен с заземлением 9. Подстанция преобразует один род тока (постоянный, переменный) в другой и связывает таким образом сеть 1 переменного тока и линию 7 постоянного тока. Новым является то, что трансформатор одной ветви имеют сдвиг по отношению к трансформатору другого блока на угол 60/mn электроградусов. Снижаются высшие гармоники на стороне постоянного и переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх